MEDICIN DE FRECUENCIA MTODOS LOCALES DE MEDICIN En

MEDICIÓN DE FRECUENCIA MÉTODOS LOCALES DE MEDICIÓN En el Dominio del Tiempo Ing. Francisco J. Jiménez Tapia Centro Nacional de Metrología, CENAM fjimenez@cenam. mx

Contenido MÉTODOS LOCALES DE MEDICIÓN I. INTRODUCCIÓN I. Bases de tiempo II. Mezcladores III. Lazos de amarre IV. Sintetizadores V. II. Contadores MÉTODOS DE MEDICIÓN I. Medición directa de frecuencia II. Medición directa de diferencia de fase III. Medición de diferencia de frecuencias con mezclador IV. Medición de diferencia de fase con doble mezclador III. REFERENCIAS

INTRODUCCIÓN

Introducción / Bases de tiempo BASES DE TIEMPO ¿Qué son? Una base de tiempo es un generador de señales periódicas (cuadrada, senoidal, rampa, etc. ) con ciertas características de exactitud y estabilidad

Introducción / Bases de tiempo BASES DE TIEMPO ¿Cómo se hacen? Una base de tiempo consta básicamente de un oscilador, pudiendo ser: Ø XO Oscilador de cristal de cuarzo Ø Ø VCXO XO controlado por voltaje OCXO XO controlado por temperatura TCXO XO compensado por temperatura TCVCXO XO compensado por temperatura y controlado por voltaje Ø Ø Ø OCVCXO Rb. XO XO controlado por temperatura y por voltaje XO estabilizado a la transición del Rubidio Cs. XO XO estabilizado a la transición del Cesio Ø HXO XO estabilizado a la transición del Hidrógeno

Introducción / Bases de tiempo MEZCLADORES ¿Qué son? En electrónica de radiofrecuencia, el circuito que efectúa el producto de dos señales analógicas es usado en una variedad de aplicaciones y, dependiendo del contexto es llamado modulador, mezclador, detector síncrono, detector de fase, etc.

¿Cómo funcionan?

¿Cómo funcionan?

Introducción / Lazos de amarre LAZOS DE AMARRE ¿Qué son? El circuito PLL (Phase Locked-Loop) es un sistema retroalimentado cuyo objetivo principal consiste en la generación de una señal de salida con amplitud fija y frecuencia coincidente con la de entrada, dentro de un margen determinado. Comprende tres etapas fundamentales: Mezclador VI Filtro Pasa Bajas Vd Oscilador Vf VCXO V 0

Introducción / Lazos de amarre ¿Cómo funcionan? Régimen transitorio Régimen permanente

Introducción / Lazos de amarre Régimen transitorio Régimen permanente

Introducción / Sintetizador SINTETIZADOR ¿Qué es? Un sintetizador de frecuencias, es el instrumento que genera frecuencias en un intervalo dado a partir de una base de tiempo. La base de tiempo generalmente se proporciona por un oscilador de cuarzo aunque existen muchos equipos comerciales con base de tiempo de Rubidio.

Introducción / Sintetizador ¿Cómo funcionan? 10 000 Hz Base de tiempo 10 MHz 10 000 000 Electrónica

Introducción / Sintetizador ¿Cómo funcionan? 10 000 Hz Base de tiempo 10 MHz 20 000 Electrónica X 2 20 000 Hz

Introducción / Sintetizador ¿Cómo funcionan? 10 000 Hz Base de tiempo 10 MHz 50 000 Electrónica X 5 50 000 Hz

Introducción / Sintetizador ¿Cómo funcionan? 10 000 Hz Base de tiempo 10 MHz 5 000 Electrónica ÷ 2 5 000 Hz

Introducción / Sintetizador ¿Cómo funcionan? 10 000 Hz Base de tiempo 10 MHz 1 000 Electrónica ÷ 10 1 000 Hz

Introducción / Sintetizador ¿Cómo funcionan? 10 000 Hz Base de tiempo 10 MHz 42 123 456 Hz Electrónica ÷? x? 42 123 456 Hz

Introducción / Sintetizador ¿Cómo funcionan? 10 004 Hz Base de tiempo 10 MHz 10 004 Hz 10 000 Hz Electrónica

Introducción / Sintetizador ¿Cómo funcionan? 10 004 Hz Base de tiempo 10 MHz 20 000 Hz Electrónica X 2 20 008 Hz

Introducción / Sintetizador ¿Cómo funcionan? 10 004 Hz Base de tiempo 10 MHz 80 000 Hz Electrónica X 8 80 000 032 Hz

Introducción / Sintetizador ¿Cómo funcionan? 10 004 Hz Base de tiempo 10 MHz 5 000 Hz Electrónica ÷ 2 5 000 002 Hz

Introducción / Contadores de intervalo de tiempo CONTADORES DE INTERVALOS DE TIEMPO ¿Qué es? El contador de intervalos de tiempo es la herramienta de medición principal para la determinación de estabilidad en un reloj. Su función básica es la de medir el tiempo transcurrido entre dos acontecimientos (inicio y paro).

Introducción / Contadores de intervalo de tiempo ¿Cómo funcionan? El intervalo de tiempo se mide al incrementar un registro contador de acuerdo a una frecuencia muy alta y estable, suministrada por el oscilador interno o una frecuencia de referencia externa. f = 5 MHz OSC T = 200 ns INICIO PARO t = 5 x 200 ns = 1 µs t

Introducción / Contadores de intervalo de tiempo f = 5 MHz OSC T = 200 ns INICIO PARO t = 5 x 200 ns = 1 µs t

Introducción / Contadores de intervalo de tiempo ¿Cómo funcionan? f = 10 MHz OSC T = 100 ns INICIO PARO t = 11 x 100 ns = 1. 1 µs t

La mejor resolución de medición se logra poniendo una base de tiempo tan alta como sea posible. Los contadores de alto desempeño comerciales usan una referencia local de 500 MHz, un PLL y un oscilador horneado (OCXO) muy estable que oscila a 5 ó 10 MHz. Los instrumentos comerciales implementan dos métodos para no tener que subir la frecuencia de referencia local y poder aumentar la resolución:

MEDICIÓN DIRECTA DE FRECUENCIA

Métodos Locales de Medición / Medición directa de frecuencia MEDICIÓN DIRECTA DE FRECUENCIA Patrón Nacional Frecuencia Patrón para disciplinar al Contador Adquisición de datos automatizado Contador MODO: Frecuencímetro Interface de Comunicación Instrumento bajo calibración Frecuencia Bajo Calibración (10 MHz)

Métodos Locales de Medición / Medición directa de frecuencia / datos

Métodos Locales de Medición / Medición directa de frecuencia

Métodos Locales de Medición / Medición directa de frecuencia

Métodos Locales de Medición / Medición directa de frecuencia EXACTITUD Desviación Fraccional de Frecuencia Promedio ESTABILIDAD Desviación de Allan f es la frecuencia del instrumento bajo calibración f 0 es la frecuencia patrón 2 es el factor de cobertura k

MEDICIÓN DIRECTA DE DIFERENCIA DE FASE

Métodos Locales de Medición / Medición directa de diferencia de fase Medición de diferencia de fase Contador MODO: Fase Entrada 1 Entrada 2

Métodos Locales de Medición / Medición directa de diferencia de fase MEDICIÓN DIRECTA DE DIFERENCIA DE FASE Interface de Comunicación Adquisición de datos automatizado Patrón Nacional Instrumento bajo calibración 125 ° Frecuencia Patrón para comparar (10 MHz) Contador MODO: Fase Frecuencia Bajo Calibración (10 MHz)

Métodos Locales de Medición / Medición directa de diferencia de fase

Métodos Locales de Medición / Medición directa de diferencia de fase / conversión de unidades

Métodos Locales de Medición / Medición directa de diferencia de fase / Fase acumulada

Métodos Locales de Medición / Medición directa de diferencia de fase / Fase acumulada

Métodos Locales de Medición / Medición directa de diferencia de fase EXACTITUD Desviación Fraccional de Frecuencia ESTABILIDAD f es la frecuencia del instrumento bajo calibración f 0 es la frecuencia patrón Desviación de Allan 2 es el factor de cobertura k

MEDICIÓN DE DIFERENCIA DE FRECUENCIAS

Métodos Locales de Medición / Medición de diferencia de frecuencias MEDICIÓN DE DIFERENCIA DE FRECUENCIAS MEZCLADOR DE FRECUENCIAS OSCILADOR DE REFERENCIA OSCILADOR BAJO PRUEBA FILTRO PASA BAJAS Frecuencia Patrón para disciplinar al Frecuencímetro FRECUENCÍMETR O

Métodos Locales de Medición / Medición de diferencia de frecuencias MEDICIÓN DE DIFERENCIA DE FRECUENCIAS Interface de Comunicación Patrón Nacional Adquisición de datos automatizado Frecuencia Patrón para comparar (10 MHz) Filtro pasa bajas Instrumento bajo calibración 0. 05432101 Hz Contador MODO: Frecuencia Mezclador Frecuencia Bajo Calibración

Métodos Locales de Medición / Medición de diferencia de frecuencias

Métodos Locales de Medición / Medición de diferencia de frecuencias EXACTITUD Desviación Fraccional de Frecuencia Promedio ESTABILIDAD f es la frecuencia del instrumento bajo calibración f 0 es la frecuencia patrón Desviación de Allan 2 es el factor de cobertura k

MEDICIÓN DE DIFERENCIA DE FASE CON DOBLE MEZCLADOR

Métodos Locales de Medición / Medición de diferencia de fase con doble mezclador MEDICIÓN DE DIFERENCIA DE FASE CON DOBLE MEZCLADOR OSCILADOR DE REFERENCIA 10 000 Hz OSCILADOR COMÚN FILTRO PASA BAJAS 9 999 500 Hz OSCILADOR BAJO PRUEBA FILTRO PASA BAJAS AM P 500 Hz AM P CONTADOR DE INTERVALOS DE TIEMPO ≈500 Hz ≈10 000 Hz

Métodos Locales de Medición / Medición de diferencia de fase con doble mezclador MEDICIÓN DE DIFERENCIA DE FRECUENCIAS Patrón Nacional Instrumento bajo calibración Oscilador Común Mezclador 1 Mezclador 2 FPB 1 FPB 2 Adquisición de datos automatizado 0. 1234567 ° Contador MODO: Frecuencia

Métodos Locales de Medición / Medición de diferencia de fase con doble mezclador / conversión de unidades

Métodos Locales de Medición / Medición de diferencia de fase con doble mezclador / fase acumulada

Métodos Locales de Medición / Medición de diferencia de fase con doble mezclador

Métodos Locales de Medición / Medición de diferencia de fase con doble mezclador EXACTITUD Desviación Fraccional de Frecuencia ESTABILIDAD f es la frecuencia del instrumento bajo calibración Desviación de Allan f 0 es la frecuencia patrón 2 es el factor de cobertura k

Métodos Locales de Medición Referencias [1] Stefano Bregni, Synchronization of Dogital Telecommunications Networks, Londres, Wiley & Sons 1988. [2] Wayne Tomasi, Fondamentals of Electronic Communications Systems, Londres, Prentice Hall, 1988. [3] Paul Horowitz- Winfield Hill, The Art of Electronics, 2 da Edition, USA 1989. [4] Eduard A Gerber-Arthur Ballato, Precision Frecuency Control Volume 2 Oscilators and Standards, USA 1985. [5 ]http: //tycho. usno. navy. mil/gps. html [6] IEEE std. 1139. IEEE Standard Definitions of Physical Quantities for Fundamental Frequency and Time Metrlogy. Revised version approved Oct. 20, 1988. [7] J. A. Barnes, A. R. Chi, L. S. Cutler. Characterization of Frequency stability. IEEE Transactions on Instrumentation and Measerements IM-20 (2). [8] ITU-T Rec. G. 810 Definitions and Terminology for Synchronization Networks. Geneva, August 1996.

¡GRACIAS!

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MESCLADOR Y FILTRO PASA BAJAS

VCXO

VCXO

OCXO

TCXO

Rb. XO

Cs. XO

HXO